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Dispositif tournant du type à bague pour transfert de courants intenses.
La présente invention a pour objet un dispositif pour faire passer des courants électriques intenses d'une pièce mobile à une pièce fixe et vice-versa. On utilise des appareils de ce genre sur une grande échelle pour le soudage continu par résistance électrique, par exemple, lorsqu'un arbre tournant dans lequel passe un courant, supporte une électrode en forme de disque,,elle-même parcourue par un courant de soudage et qui exerce en même temps l'effort ou pression nécessaire, comme connu dans la technique du soudage par résistance électrique.
Le procédé recommandé pour amener le courant de soudage à
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.cette électrode tournante consiste à utiliser un manchon conducteur du courant en forme de cartouche dans lequel tourne . l'arbre, des pièces appropriées en forme de balais ou de contacts tournants étant places dans l'espace annulaire entre le manchon et l'arbre pour faire passer le courant de l'arbre au manchon ou vice-versa.
11 est avantageux dans la plupart des équipements pour soudage continu, et pour certaines autres applications, de maintenir le frottement s'oppoosant à la rotation de
1'.arbre, assez faible pour éviter tout glissement de la surface de l'électrode tournante sur la pièce et également pour / d'autre.,,, raisons, Cette condition n'est pas compatible avec la nécessité que l'assemblage tournant soit capable de transmettre, avec un bon rendement, des courants très intenses sans dégagement de chaleur excessif (perte d'élégie électrique) jaillisemnet d'arc., piqûres ou usure excessive.
D'une manière générale, l'emploi de balais ou d'autres contacts glissants appliqués par un ressort n' a pas donné de résultats très satisfaisants en raison du frottement et de l'usure excessifs d'une part, et d'autre part de l'accroissement du jaillissement d'arc et de la formation de piqûres quand des irrégularités apparaissent sur la surface tournante de l'arbre. On a donc.proposé, dans un certain nombre de dispositifs relevant de la technique antérieure, l'emploi d'un grand nombre de rouleaux aiguilles très bons conducteurs de courant, intercalés entre la surface latérale de l'arbre et/ou une ou plusieurs pièces fixes appuyées élastiquement vers l'arbre de rotation.
Ces rouleaux aiguilles sont en général fabriqués en un alliage d'argent afin de réduire
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ieur résistance électrique, mais il est évident que chaque rouleau est en contact à le fois avec là ou les pièces fixes et la surface latérale'de l'arbre seulement suivat des lignes assez étroites, si bien que la longueur totale de contact linéaire de tous les galets doit être très grande si. l'on veut faire passer des courants de l'ordre de 20 à 30.000 ampères.
Une difficulté à laquelle oh s'est heurté jusqu'à présent en ce qui concerne l'emploi de ces rouleaux-aiguilles est la suivante : de faibles erreurs de fabrication ou d'alignement, ou l'apparition de légères irrégularités dues à l'usure sur la surface cylindrique latérale de l'arbre, provoque des ruptures termittentes des contacte linéaires avec le jaillissement d'arc et la formation de piqûres résultantes, ainsi que la suraharge sur d'autres surfaces de passage du courant au-delà des densités de courant admissibles.
La présente invention a pour objets : des dispositifs améliorés pour exercer une pression sur les rouleaux-aiguilles conducteurs de courant intercalés entre l'arbre tournant et les pièces fixes de l'assemblage tournant, ce qui permet de maintenir/chaque aiguille, en contact linéaire tout en la faisant rouler et en la soumet- tant à une pression sur l'arbre ainsi que sur les pièces fixes sur toutes leurs longueurs. De cette façon, la longueur totale du contact linéaire en pression est mainte- nue à la valeur maximale possible, quellesquesoient les irrégularités de fabrication normales ou dues à 1 usure, si bien quon: peut faire fonctionner 1''appareil de manière continue,et pendant de longues périodes, à sa capacité nominale maxima.
En outre. le fonctionnement de l'appareil
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selon l'invention est tel que la charge résultant dE la pression entre les pièces fixes et tournantes, est répartie uniformément de façon à maintenir le frottement d'opposant à la rotation de l'arbre, au niveau minimal nécessaire pour le transfert du courant. Autrement dit, il n'existe aucune foroe localisée provoquée par les rouleaux susceptibles de provoquer l'aplatissement de ceux-ci, ou leur pénétration dans de petits oreux des surfaces de .... contact des pièces fixes et tournantes - ce qui,cela se conçoit - constitue la principale source de frottement (autrement dit de résistance à la rotation) des dispositifs de ce genre.
La forme de réalisation recommandée de l'invention est caractérisée par un arbre conduc-ceur de courant qui repose sur des paliers sans frottement dans un support conducteur du courant avec une surface de oontact cylindrique orientée parallèlement à l'axe sur l'arbre, contre laquelle roulent des rouleaux-aiguilles conducteurs du courante en même temps que plusieurs bagues défcr mables eppacées longitudinalement et conductrices du courant qui applique des efforts de pression uniformes sur les galets et l'arbre, et ce sur toute la longueur axiale des rouleaux-aiguilles.
Les bagues sont en forme de coins et sont déformées par des bagues fendues intercalées égale-, ment en forme de coins, l'ensemble étant soumis à un effort longitudinal élastique qui a pour effet de déformer tous les anneaux et bagues de manière à maintenir une force de pression uniforme comme il est mentionné ci-dessus.
Dans une forme ae réalisation moins recommandée de l'inven- tion, les,bagues rculent directement sur l'arbre - les rouleaux-aiguilles étant supprimés -mais dans les deux
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formes de réàlisation - les surfaces latérales extérieures des bagues portent contre un alésage dans le support, si bien que du courant passe du support à l'arbre ou vice- versa.
D'autres objets et avantages de l'invention-seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférée et des dessins sur lesquels; la fig. 1 est une coupe axiale d'un dispositif tournant de transfert du courant réalisé selon les principes de l'invention; la fig. 2 est une coupe transversale effectuée le long de la ligne II-II de la fig. 1;
Les figures 3 et 4 sont des vues latérales et en élévation d'une des bagues de contact montées ,sur l'ensem-' ble de la fig. 1, .et les figures 5 et 6 sont des vues en élévation latérale et'en bout d'une des bagues de retenue des rouleaux-aiguilles montées sur l'ensemble de la fig. 1.
Le dispositif de transfert de courant décrit est du type à cartouche - autrement dit, est entièrement monté .sur unnanchon 10 qu'on peut placer dans un alésage foré dans une pièce de machine 11. Les deux. pièces 10 et 11 sont fabriquées d'une matière appropriée de faible assistance électrique en vue du transfert avec bon rendement, d'un courant de soudage, par exemple.
Un secondaire de transformateur , non représenté, peut être relié directement à la pièce 11 et cette pièce est fendue par exemple en 12, ce qui permet à l'alésage intérieur de cette pièce de se contracter de façon à serrer énergiquement le manchon 10.
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ta partie centrale de l'alésage de la pièce 11 et celle de la surface latérale extérieure du manchon sont évidées de . maniére à oréer un espace annulaire 13 pour loe passage du liquide de refroidissement des joints ronds 14 placés axialement à l'extérieur de cet évidement, sont destinés à constituer des Joints étanches aux liquides.
Un arbre 17 est monté sur roulement à rouleaux 15 de façon à pouvoir tourner à l'intérieur du manchon 10, 15 et 16 et comporte un épaulement extérieur sur lequel on peut culer une électrode tournante en forme de disque. La ouvette extérieure du roulement 15 est logée tout en étant isolée, dans un évidement creusé directement dans la manohon 10.
La cuvette extérieure du roulement 16 est logée dans un alésage avec épaulement foré dans un anneau 19 qui est fixé de façon amovible à l'autre extrémité du manchon 10, à l'aideles via à tête cylindriques 20. Comme indiquée les roulements 15 et 16 sont du type à rouleaux coniques, opposés et sont montés de façon "à pouvoir être réglés par-un écrou de blocage 21 qui est vissé et peut être réglé sur une partie
22 de l'arbre 17 et qui s'appuie sur la cuvette intérieure du roulement 16.
,Suivant la pratique courante . , un ' roccord 23 comportant des orifices d'entrée et de sortie, est articulé à l'extrémité de l'arbre 17 en face de l'extrémité du support d'électrode de celui-ci, et ce raccord supporte un tube 24 qui pénétre concentriquement à 1''intérieur d'un foré , trou borgne 25/dans 1''arbre 17. Cette disposition permet le refroidissement intérieur de l'arbre 17.
La partie centrale de l'arbre 17 est usinée avec précision de manière à obtenir une surface latérale cylindri- que , entre les roulements 15 et 16, très exactement concen-
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trique à ces roulements. Cette surface cylindrique est recouverte par un grand nombre de rouleaux-aiguilles 26 épartis sur la surface cylindrique parallèlement à l'axe, Ces rouleaux sont de préférence fabriqués d'un alliage d'argent pour obtenir une conductivité électrique élevée, mais il est évident d'après la figure 2, qu'ils n'ont qu'un contaot linéaire avec la surface latérale de'l'arbre 17.
Comme on l'a expliqué ci-dessus, pour que le dispositif transmette le courant maximal avecle minimum de frottement, de détérioration et d'usure, il est nécessaire que ce contact linéaire soit maintenu sur toute la longueur de chaque rouleau, et dans le but de maintenir la résistan- ce des interconnexions linéaires à une valeur suffisamment basse , il est nécessaire que ces interconnexions linéaires soient soumises à une légère pression sur la totalité de leurs longueurs. On décrit ci-dessous la manière dont on obtient tous ces résultats suivant la présente invention.
Dans la forme de réaliaation particulière représen- tée, les rouleaux 26 sont maintenus en contact avec plusieurs anneaux ou bagues espacées 27 qui sont représentés plus en détail sur les fiures 5 ct 6 du dessin ci-annexé, Ces bagues sont évidemment confectionnées en un métal approprié, de préférence un alliage de cuivre de faible résistance éléu- trique, élastieique, et de caractéristiques convenables de résistance à l'usure, principalement un ce qui concerne le roulement des rouleaux 26.
Comme l'indiquent; les figures 5 et 6, les bagues 27 comportent chacune une surface cylindrique intérieure 28 qui porte contre les rouleaux 27 et lcs parois latérales 29 se rétrécissant vers l'intérieur de manière à réaliser des surfaces inclinées de coincement
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dans l'intention qui est indiquée ci-après'. La bague 27 comporte un trait de scie au point qui est indiqué en 30 -de' façon que cette bague puisse se contracter et se dilater librement, pour faciliter cette dernière déformation, tout en réalisant des surfaces inclinées 29 d'aire appréciables, la section extérieure de la bague est fendue longitudinale- ment en plusieurs points 31 comme l'indique la figure 5.
De plus, le trait de scie 30 est très incliné comme l'indique la fig. 6, si bien qu'il n'y aura qu'une faible partie des rouleaux 27 qui ne sera pas supportée par la surface cylindrique 28 de la bague.
Plusieurs anneaux 32 conducteurs de courant sont montés de façon à recouvrir chacune des surfaces inolinées
29, et sont logés à frottement dur à l'intérieur de l'alésage 10, l'un de ces anneaux est représenté plus clai- rement dans les figures 3 et 4, et ils sont fabriqués d'une matière semblable à celle utilisée pour les bagues 27. Les surfaces intérieures des anneaux 22 forment un angle 33 complémentaire de celui des côtés inclinés des bagues 27, de sorte qu'on maintiendra un contact compler entre les surfaces en prise, de manière à réaliser un passage de courante efficace et à densité superficielle oonstante, des anneaux
32 vers les bagues 27.
Les anneaux 32 comportent chacun un trait de scie désigné par la référence 34,ce qui permet à ces anneaux de 'se dilater et de se contracter librement; pour faciliter cette déformation, les surfaces intérieures de ces anneaux sont fendues longitudinalement radialement en plusieurs points espac6s de leur périphérie, comme indiqué en 36 sur la figure 3.
En se reportant à la figure 1, on voit qu'un des
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anneaux 32 est prévu pour chaque face de chacune des bagues @ 27, et que ces trois pièces ainsi que les rouleaux intercalés entre les bagues centrales 27 et l'arbre 17 peuvent être considérés comme un ensemble collecteur, ou de transfert de courant complet. Des considérations de construction peuvent obliger à ne monter seulement/qu'un ensemble de ce genre (ou un nombre prédétermina des dits ensembles) dans certains cas particuliers de transfert de courants. On peut aussi réaliser ces ensembles avec des dimensions diverses dans le sens axial.
On profère réaliser cependant des ensembles collecteurs de courants de dimensions longitu- dinales assez réduites , et utiliser un grand nombre de ces assembles dans une unité déterminée, comme l'indique la figure 1.
De cette façon, les rouleaux 26 conducteurs du courant fonctionnent dans un grand nombre de plan espacés longitudinalement, de façon que les dits rouleaux roulent en exerçant une pression sur pratiquement la totalité de leur longueur, à la fois sur l'arbre et les surfaces cylindriques 28 intérieures des bagues 27.
Du fait de l'inclinaison ou de l'action de coince- ment des surfaces de contact mutuelles ntrc une bague 27 et ses anneaux associés 32, une pression longitudinale appliquée de façon à réunir ces anneaux de contact, provoque- ra évidemment une dilatation des anneaux 32 appliquées ' contre l'alésage du manchon 10 et contractera la bague 27 de façon à l'appliquer par pression contre les rouleaux 26
On a établi ainsi une connection électrique serrée entre le manchon 10 par l'intermédiaire des anneaux
32, et de la bague 27, des rouleaux 26, et 1'.arbre 17,
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de façon à réaliser un trajet conducteur efficace de courant.
Cette pression vers l'intérieur des anneaux 32 est obtenue grâce au ressort de poussée à boudin 36 agissant longitudinalement, dont une extrémité est appliquée contre l'extrémité voisine des anneaux 32, tandis que son autre extrémité est appliquée contre la face intérieure de la ' bague.19 de retenue de roulement.
Si l'on utilise plusieurs des ensembles collecteurs de courant décrits dans l'unité qui précède, il est très souhaitable :que chaque ensemble ait une action indépendante., et que chaque ensemble exerce le même effort de 'contraction sur les ;bagues de retenue. Pour obtenir ce résultat oh sépare les ensembles en les écartant légére- ment suivant l'axe, et on intercale un joint annulaire élastique approprié, ou tout autre pièce compressible longit inalement dans les intervalles des dits ensembles..
Ces joints sont représentés en 37 sur la fig. 1. Ces pièces ,annulaire; peuvent être considérées comme des séparateurs compressibles .longitudinalement, et ont pour effet d'égaliser la poussée axiale appliquée aux anneaux 32 des divers ensemr bles/collecteurs. En effet la réaction de l'anneau 37 le plus voisin d'un ressort 36 est exactement égale à la force exercée par-ce ressort et cette force de réaction est naturellément transmise à l'ensemble collecteur suivant et ainsi de ;' ' suite sur toute la filé.
L'extrémité côté électrode du manchon 10 est . ;.
. évidée de manière à recevoir,une garniture'de retenue d'huile 38 tandis que l'autre extrémité du manchon 10 est fermée par l'anneau 19 et une plaque couvercle 39 comportant une seconde garniture de retenue d'huile 40.
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Par conséquent l'espace entre le manchon 10 entourant les roulements et tous les ensembles collecteurs de courant est complétement fermé et, conformément à la pratique habituel- le, cet espace clos est rempli d'une huile de graissage appropriée dont on peut purifier le niveau à l'aide d'un indicateur de niveau 41 en verre,
Il apparait qu'on a réalisé un dispositif rotatif de transfert du courant qui atteint les objectifs proposés. au début. La totalité de l'ensemble est très efficace en ce qui concerne sa capacité de transfert de courant et des caractéristiques, tandis que la résistance opposée à la rotation de l'arbre est maintenue au minimum.
Les roui eaux 26., en plus de leur rôl de collecteurs de courant servent également collectivement le roulement à aiguilles à faible frottement qui permet de réduire les dimensions, la chargu ct le frottement des paliers' roulements proprement dits 15 ct 16. Puisque ces rouleaux- aiguilles 26 sont uniformément chargés sur toute leur , longueur , on obtient un contact linéaire de longueur maximale de transmission de courant: la pression exercée sur ces rouleaux peut être assez faible, puisque la réalisation de l'ensemble du dispositif corrige automati- quemcnt les petites inexactitudes de fabrication et l'usure normale des pièces.
Une caractéristique importante de l'invention résulte du fait que le diamètre de l'arbre 17 peut être maintenu assez grand par rapport aux diamétres intérieur et extérieur du manchon 10 en forme de cartouche, afin que cet arbre soit suffisamment rigide et de permettre 'l'emploi d'un très grand nombre de rouleaux-aiguilles 26
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afin de mieux répartir le courant et de réduire la densité. de courant grâce à une augmentation de la longueur du contact pratiquement linéaire entre les rouleaux et les bagues 27 ou l'arbre 17. On peut également avoir recours à des dispositifs appropriée . non indiqués pour,faire varier la compression du ressort 36 et par conséquent la force exercée sur les rouleaux 26.
De même, il est évident qu'on peut utiliser des dispositifs spéciaux autres que le ressort 36 pour appliquer des forces de pression axiales aux ensembles collecteurs de courants décrits ci-dessus, dans le cas où l'on utilise plusieurs ensembles de ce genre, avec des anneaux élastiques intercalés entre eux, on peut . régler la valeur de la pression axiale en déplaçant simplement un anneau d'extrémité 32, à l'aide d'une vis ou autrement.
On peut aussi supprimer complètement, dans certaines applications, les rouleaux 26, de façon que les surfaces 28 intérieures latérales ou cylindriques des bagues 27 soient en'contact direct avec l'arbre. De plus, il est bien entendu que les bagues qui s'appuient sur les rouleaux ou sur les arbres, et que les anneaux conducteurs de courants au contact de l'alésage de la borne fixe ou manchon, peuvent être intervertis, ou faire l'objet d'une modification de disposi- tiostout en atteignant les objectifs de la présente Invention.
L'idée inventive générale dans l'emploi de bagues susceptibles de se dilater et de se contracter, du type anneau fendu conducteur du courant entre l'alésage du manchon ou borne fixe, et l'arbre tournant conducteur du courant, de manière à' permettre le passage du dit courant. D'autres modifications diverses de la présente forme de réalisation particulière sont évidentes pour l'homme de l'art, et restent dans le cadre de l'invention.